La0.7Sr0.3MnO3和LaNiO3薄膜磁电性质的研究

摘要

近些年来，钙钛矿异质结体系中常出现一些新奇的物理性质，一直是凝聚态物理和材料科学研究的热点。其中，La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)材料因其具有半金属性、高居里温度和庞磁电阻效应备受关注，同时LaNiO3(LNO)材料作为钙钛矿稀土镍酸盐家族中唯一一个金属顺磁材料，也成为人们研究的焦点。随着薄膜生长的研究发现，保证基片表面呈原子级平整度是制备高质量外延薄膜的关键。在此基础上，通过尺寸与异质结等手段调控，可实现两种材料磁、电特性的控制。本文以钙钛矿材料LSMO和LNO为研究对象，制备了超薄膜及异质结，并通过尺寸效应与异质结体系的设计对其输运特性、磁性进行了调控，发现了超薄膜中随尺寸变化的金属到绝缘的转变以及异质结中出现的新奇交换偏置现象，具体研究内容如下： (1)为了获得高质量的外延薄膜样品，需保证所用基片表面达到原子级的平整度，因此我们对SrTiO3(STO)基片进行处理。首先将它置于HF-NH4F缓冲溶液中腐蚀，然后在氧环境中退火。通过控制腐蚀时间、退火温度、退火时间等条件，得到表面为单一TiO2且有整齐台阶的基片，为后续薄膜的高质量外延生长奠定基础。 (2)采用脉冲激光沉积设备制备一系列LSMO和LNO薄膜，对其磁性及电输运性质展开研究，发现LSMO薄膜在STO基片上由薄变厚过程中，其居里温度(TC)几乎不受取向的影响，约为331K。再者，LSMO和LNO薄膜在STO基片上随厚度的减小，其电输运性质均由金属向绝缘体转变，这可能是由局域效应引起的。此外，还发现LSMO薄膜在LaAlO3基片上存在交换偏置，交换偏置场(HEB)高达642Oe，它可能来源于铁磁LSMO和界面死层之间的耦合作用。 (3)为了进一步研究异质结的磁性，实验设计并制备了铁磁LSMO和顺磁LNO材料组成的双层膜，发现其存在交换偏置，而且双层异质结的薄膜生长顺序在界面耦合中起重要作用，LSMO(顶层)/LNO(底层)界面的耦合作用强于LNO(顶层)/LSMO(底层)。此外，在LSMO/LNO界面发现自旋玻璃态，它主要依据：第一，不可逆温度对冷却场的依赖关系遵循Almeida-Thouless曲线；第二，低于自旋玻璃态冻结温度的热剩磁弛豫曲线都可以通过延伸型指数函数进行拟合。这表明交换偏置的产生与界面自旋玻璃态密切相关。

目录

第一个书签之前

Abstract

KEYWORDS:La0.7Sr0.3MnO3 film, LaNiO3 film, metal-

spin glass state

1 绪论

1.1 引言

1.2.1 晶体结构

1.2.2 电子结构及Jahn-Teller效应

1.2.3 庞磁阻效应

1.2.4 双交换理论

1.2.5 超交换理论

1.3.1 晶体结构

1.3.2 输运性能与磁性

1.4.1 交换偏置现象

1.4.3 交换偏置的经典理论模型

1.4.4 自旋玻璃态

1.5 本论文的研究意义及内容

2 实验样品的制备及表征

2.1 引言

2.2 脉冲激光沉积系统

2.2.1 脉冲激光沉积的利弊

2.2.2 薄膜制备过程

2.2.3 影响薄膜制备的因素

2.2.4 反射高能电子衍射

2.3.1 X射线衍射

2.3.2 原子力显微镜

2.3.3 综合物性测量系统

3 SrTiO3基片的处理

3.1 引言

3.2 实验过程

3.3 结果与讨论

3.3.1 SrTiO3 (001)基片处理条件的研究

3.3.2 SrTiO3 (001)基片上薄膜的外延生长

3.4 本章小结

4 La0.7Sr0.3MnO3和LaNiO3薄膜磁电性质的研究

4.1 引言

4.2 实验过程

4.3 结果与讨论

4.3.1 La0.7Sr0.3MnO3和LaNiO3薄膜在SrTiO3基片上磁电性质的研究

4.3.2 La0.7Sr0.3MnO3薄膜在LaAlO3基片上交换偏置的研究

4.4 本章小结

5 La0.7Sr0.3MnO3/LaNiO3双层膜交换偏置的研究

5.1 引言

5.2 实验过程

5.3.1 结构表征

5.3.2 磁性表征

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

[11]C. W. Searle, S. T. Wang. Studies of the ioni

在学期间的研究成果

致 谢